在這里了解千眼狼最新動態(tài)
1實(shí)驗(yàn)背景
航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)中，旋轉(zhuǎn)葉片在高速運(yùn)行下易受激勵(lì)頻率影響，導(dǎo)致共振、疲勞甚至失效，故識別葉片特定轉(zhuǎn)速下的模態(tài)參數(shù)（如固有頻率、模態(tài)振型），有利于確認(rèn)安全轉(zhuǎn)速范圍，防止葉片失效。
2實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>
千眼狼工程師們采用數(shù)字圖像相關(guān)DIC技術(shù)，實(shí)測葉片在預(yù)測的三種特定轉(zhuǎn)速下的振動模態(tài)，與仿真結(jié)果三階模態(tài)固有頻率700Hz、1400Hz、3000Hz做對比，驗(yàn)證仿真模型準(zhǔn)確性。
3實(shí)驗(yàn)設(shè)備
實(shí)驗(yàn)采用國產(chǎn)先進(jìn)的超高速數(shù)字圖像相關(guān)DIC系統(tǒng)，由2臺千眼狼NEO 25高速攝像機(jī)組成，分辨率1280×1024，幀率25,000fps，搭配偏振片，用于捕捉葉片動態(tài)圖像，并消除反光現(xiàn)象；亞光筆用于在葉片表面制作散斑；RDIC軟件，用于分析模態(tài)。
4實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)
2）基于仿真模型預(yù)測的共振點(diǎn)，設(shè)計(jì)三種轉(zhuǎn)速3250rpm、6114rpm、6400rpm工況，使用高速攝像機(jī)NEO 25，從底部朝上，捕捉69000幀視頻圖像。
圖1
3）使用互功率譜密度CPSD算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，通過計(jì)算參考測點(diǎn)與其他測點(diǎn)之間的互功率譜，提取葉片在激勵(lì)下的頻率響應(yīng)特性，剔除剛體旋轉(zhuǎn)位移，確保模態(tài)分析結(jié)果準(zhǔn)確。
一階模態(tài)分析
一階模態(tài)反映葉片基礎(chǔ)剛度特性，代表葉片最易發(fā)生的低頻共振。一階模態(tài)對應(yīng)3250rpm轉(zhuǎn)速，實(shí)測固有頻率708Hz，與仿真模型700Hz誤差1.1%（圖2）。該模態(tài)為低頻響應(yīng)，轉(zhuǎn)速相對較低，激勵(lì)頻率易于激發(fā)固有頻率，幫助工程師們確認(rèn)安全轉(zhuǎn)速范圍，避免3250rpm附近長時(shí)間運(yùn)行，防止葉片疲勞失效。振型特征上，表現(xiàn)為葉片整體彎曲振動，振幅從葉根向葉尖遞減，分布均勻（圖3）。
圖2
圖3
二階模態(tài)分析
二階模態(tài)用于揭示葉片在中高轉(zhuǎn)速下的復(fù)合變形模式，對應(yīng)6114rpm工況，實(shí)測固有頻率1425Hz，與仿真模型1400Hz誤差1.8%（圖4）。振型特征上表現(xiàn)為葉片扭轉(zhuǎn)振動，節(jié)點(diǎn)位于葉片中部，振幅分布呈對稱扭轉(zhuǎn)模式（圖5）。二階模態(tài)測量揭示了中級轉(zhuǎn)速下扭轉(zhuǎn)共振風(fēng)險(xiǎn)，幫助工程師們優(yōu)化發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)，避免在高應(yīng)力區(qū)運(yùn)行，同時(shí)扭轉(zhuǎn)振型定位了葉片在扭轉(zhuǎn)載荷下的薄弱點(diǎn)，用于指導(dǎo)葉片幾何形狀改進(jìn)。
圖4
圖5
三階模態(tài)分析
三階模態(tài)用于揭示葉片高頻共振下產(chǎn)生微裂紋或聲疲勞風(fēng)險(xiǎn)。對應(yīng)6400rpm工況，實(shí)測固有頻率2951Hz，與仿真模型3000Hz誤差1.6%（圖6）。振型特征上表現(xiàn)為高頻局部振動，但受氣流和軸承振動等環(huán)境噪聲干擾，振型重建不完整，僅在葉片1觀測到局部峰值響應(yīng)，如葉尖和葉片邊緣區(qū)（圖7），振幅小且分布不均勻，提示工程師們加大局部熱點(diǎn)失效區(qū)域的檢測。
圖6
圖7
5實(shí)驗(yàn)結(jié)論
實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：利用超高速數(shù)字圖像相關(guān)DIC系統(tǒng)可獲取航空發(fā)動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)葉片在不同轉(zhuǎn)速下的振動模態(tài)數(shù)據(jù)，各階模態(tài)實(shí)測固有頻率與仿真誤差≤1.8%，有效驗(yàn)證了仿真模型，為研究葉片振動特性，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速規(guī)避策略避免共振提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
振型特征：一階模態(tài)表現(xiàn)為典型彎曲形態(tài)，二階為扭轉(zhuǎn)形態(tài)，三階為局部振動，振型從全局向局部演變，受環(huán)境噪聲影響，三階模態(tài)的響應(yīng)振幅較小，重建振型不完整，后續(xù)千眼狼工程師將進(jìn)化噪聲濾波算法，提升高頻信噪比。
電話：400-859-1866
地址：安徽省合肥市包河富煌新視覺大廈
微信公眾號
官方抖音
400-859-1866